L'étude des mécanismes chimiques mis en oeuvre par les systèmes luminescents naturels et par les composés luminescents de synthèse montre que les phénomènes de chimioluminescence sont toujours consécutifs à des réactions d'oxydo-réduction associées à des transferts d'énergie et souvent à des transferts électroniques. Aussi les techniques d'analyse par chimioluminescence sont-elles particulièrement bien adaptées à la détection et à la mesure des radicaux libres : espèces oxygénées réactives, monoxyde d'azote et radicaux non oxygénés, produits dans les milieux biologiques.